一種抑制葉片背面云狀空化的軸流泵的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及軸流泵空化技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種能夠減輕葉片背面云狀空化破壞作用的軸流泵葉片結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]軸流泵適用于大流量低揚(yáng)程工況，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于南水北調(diào)工程、大中型泵站、船舶噴水推進(jìn)和潛艇水下導(dǎo)彈發(fā)射裝置等國(guó)家重大戰(zhàn)略工程上。當(dāng)流體壓力低于工作溫度下的氣化壓力時(shí)，泵內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生空化現(xiàn)象?？栈粌H會(huì)導(dǎo)致軸流泵水力性能明顯下降，還會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)、噪聲和氣蝕等一系列不利影響
[0003]軸流泵中的空化現(xiàn)象按空化和發(fā)生的部位來(lái)定義的，通?？煞譃橐韵滤姆N基本類(lèi)型:(1)葉片背面的翼型空化；(2)狹小間隙引起的局部空化；(3)由于鑄造和加工缺陷形成表面不平整、砂眼、氣孔等所引起的局部流態(tài)突然變化而造成的空化；(4)輪緣處的旋渦空化。軸流泵正常運(yùn)行時(shí)的空化形式主要為葉片背面的翼型空化，當(dāng)液體繞流翼型時(shí)，翼型背面的壓力往往為負(fù)壓，當(dāng)背面低壓區(qū)的壓力降低到環(huán)境氣化壓力以下時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致空化區(qū)的出現(xiàn)。因此，在運(yùn)行工況較優(yōu)的情況下，軸流泵葉片背面會(huì)出現(xiàn)具有光滑透明邊界的穩(wěn)定空穴薄層，這種形式稱(chēng)為片狀空化。片狀空化導(dǎo)致的脈動(dòng)既輕又弱，引起氣蝕，振動(dòng)等危害的可能性很小，而當(dāng)運(yùn)行工況惡化時(shí)，片狀空泡的尾部會(huì)出現(xiàn)貼近壁面的回射流，主流與回射流相互作用形成的旋渦會(huì)導(dǎo)致具有很強(qiáng)不穩(wěn)定特性的云狀空化的形成，在云狀空化階段，空泡從葉片表面不斷脫落，并隨主流向高壓區(qū)移動(dòng)潰滅，這種空化形式會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)烈的振動(dòng)噪音，且會(huì)誘發(fā)不正常的力學(xué)狀態(tài)產(chǎn)生嚴(yán)重的侵蝕。
[0004]為了軸流泵在發(fā)生空化的工況下能安全穩(wěn)定運(yùn)行，就必須要阻止具有很強(qiáng)不穩(wěn)定特性的云狀空化的發(fā)生。現(xiàn)有的抑制軸流泵空化破壞的方法通常為減小軸流泵的安裝高度以增加泵的進(jìn)口壓力和調(diào)小流量或降速運(yùn)行，以上方法只是通過(guò)調(diào)節(jié)外部環(huán)境而達(dá)到提高葉片入口壓力的目的，目前還沒(méi)有一種方法能夠針對(duì)不改變軸流泵運(yùn)行工況的情況下達(dá)到減輕葉片背面云狀空化危害的效果。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的是要抑制軸流泵葉片背面發(fā)生的具有很強(qiáng)侵蝕力的云狀空化，提高軸流泵在發(fā)生空化工況下運(yùn)行的穩(wěn)定性。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是:一種抑制葉片背面云狀空化的軸流泵包括葉輪葉片1、軸向?qū)~4、支撐板5與軸流泵主軸6，所述軸流泵主軸6安裝在外筒內(nèi)，在軸流泵主軸6上從左往右依次安裝有葉輪葉片1、軸向?qū)~4和支撐板5，所述葉輪葉片I包含葉片進(jìn)水邊2和葉片出水邊3 ;在軸所述流泵葉輪葉片I的背面，并且距葉片進(jìn)水邊2的距離L=75%C的地方，其中C為葉片翼型弦長(zhǎng)，焊接一個(gè)寬d=3%C，高h(yuǎn)=2%C的方形凸起擋條7，用于阻礙近葉片壁面回射流的傳播，抑制片狀空化向云狀空化的轉(zhuǎn)變，所述方形凸起擋條7的邊角為圓角，所述圓角用于減輕水力沖擊損失。
[0007]本實(shí)用新型的有益效果是:該軸流泵的葉輪葉片的凸起檔條大大減輕了云狀空化帶來(lái)的振動(dòng)、噪聲和氣蝕等一系列不利影響，增加了軸流泵葉輪的使用壽命，而葉輪其他結(jié)構(gòu)沒(méi)有相應(yīng)的變化，因此該軸流泵葉輪結(jié)構(gòu)沒(méi)有增加制造成本。
【附圖說(shuō)明】
[0008]下面結(jié)合附圖和對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
[0009]圖1為軸流泵裝置的示意圖。
[0010]圖2為軸流泵葉輪一圓柱流面展開(kāi)示意圖。
[0011]圖3為軸流泵葉片背面凸起的位置尺寸示意圖。
[0012]圖4為本實(shí)用新型的軸流泵葉輪葉片的水力模型圖。
[0013]圖中，1.葉輪葉片，2.葉片進(jìn)水邊，3.葉片出水邊，4.軸向?qū)~，5.支撐板，6.軸流泵主軸，7.焊接的擋條。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0015]一種抑制葉片背面云狀空化的軸流泵包括葉輪葉片1、軸向?qū)~4、支撐板5與軸流泵主軸6，所述軸流泵主軸6安裝在外筒內(nèi)，在軸流泵主軸6上從左往右依次安裝有葉輪葉片1、軸向?qū)~4和支撐板5，所述葉輪葉片I包含葉片進(jìn)水邊2和葉片出水邊3 ;在軸所述流泵葉輪葉片I的背面，并且距葉片進(jìn)水邊2的距離L=75%C的地方，其中C為葉片翼型弦長(zhǎng)，焊接一個(gè)寬d=3%C，高h(yuǎn)=2%C的方形凸起擋條7，用于阻礙近葉片壁面回射流的傳播，抑制片狀空化向云狀空化的轉(zhuǎn)變，所述方形凸起擋條7的邊角為圓角，所述圓角用于減輕水力沖擊損失。
[0016]在軸流泵運(yùn)行過(guò)程中，水流從圖1所示的葉片進(jìn)水邊進(jìn)入軸流泵葉輪區(qū)域，流經(jīng)軸流泵葉片區(qū)，葉片對(duì)其做功，最后從葉片出水邊流出。由于葉片對(duì)水流做功，葉片的工作面和背面之間必然存在一個(gè)壓力差，而葉片背面則為低壓區(qū)，當(dāng)流體壓力低于工作溫度下的氣化壓力時(shí)，葉片背面就會(huì)產(chǎn)生空化。
[0017]選取一典型圓柱流面，將軸流泵的運(yùn)行工況換算為繞翼型流動(dòng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，如圖2所示，相對(duì)入流速度#為絕對(duì)速度和牽連速度的合速度，α為翼型攻角，既相對(duì)入流速度與翼弦之間的夾角。采用網(wǎng)格劃分軟件對(duì)翼型繞流流場(chǎng)進(jìn)行C型結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，將完成的網(wǎng)格導(dǎo)入CFD軟件中，設(shè)置計(jì)算域的計(jì)算方程、邊界條件等各種計(jì)算參數(shù)，使用CFD軟件的求解器對(duì)計(jì)算域進(jìn)行求解，直到殘差收斂至0.00005，計(jì)算結(jié)束。計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入CFD后處理軟件，分析空化流場(chǎng)的速度矢量分布，測(cè)量導(dǎo)致云狀空化的回射流的產(chǎn)生和作用位置以及厚度，根據(jù)分析數(shù)據(jù)，如圖3所示，在翼型背面距前緣L=75%C(C為翼型弦長(zhǎng))處設(shè)置一個(gè)寬d=3%C，高h(yuǎn)=2%C的方形凸起來(lái)阻礙近壁面回射流的傳播，抑制片狀空化向云狀空化的轉(zhuǎn)變，并進(jìn)行適當(dāng)圓角以減輕水力沖擊損失。根據(jù)圓柱層無(wú)關(guān)性假設(shè)，可以推斷其他圓柱面上應(yīng)有相似的情況，可在每個(gè)翼型背面設(shè)置凸起來(lái)抑制云狀空化的形成。圖4表示了本實(shí)用新型所提出的能夠抑制云狀空化形成的軸流泵葉片的水力模型圖。在軸流泵葉輪上，考慮到加工葉片背面小凸起的成型困難，可按傳統(tǒng)方法先加工出平滑的葉輪葉片，再將一個(gè)寬為3%C，高為2%C的擋條焊接在已加工出的距進(jìn)水邊75%C處的葉片背面上，以達(dá)到阻礙回射流的效果。
[0018]通過(guò)上述的方法，加工得到帶有擋條結(jié)構(gòu)的軸流泵葉輪，由于葉輪只是在葉片背面焊接了一個(gè)擋條，而葉輪其他結(jié)構(gòu)沒(méi)有相應(yīng)的變化，因此在制造和安裝時(shí)還是按照和傳統(tǒng)葉輪相同的方法。這種新型的軸流泵葉輪，沒(méi)有增加過(guò)多的加工成本，卻能夠在空化較嚴(yán)重的工況下穩(wěn)定運(yùn)行，大大減輕了云狀空化帶來(lái)的振動(dòng)、噪聲和氣蝕等一系列不利影響，增加了軸流泵葉輪的使用壽命。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種抑制葉片背面云狀空化的軸流泵，包括葉輪葉片(1)、軸向?qū)~(4)、支撐板(5)與軸流泵主軸(6)，其特征在于，所述軸流泵主軸(6)安裝在外筒內(nèi)，在軸流泵主軸(6)上從左往右依次安裝有葉輪葉片(I)、軸向?qū)~(4)和支撐板(5)，所述葉輪葉片(I)包含葉片進(jìn)水邊(2)和葉片出水邊(3);在軸所述流泵葉輪葉片(I)的背面，并且距葉片進(jìn)水邊(2)的距離L=75%C的地方，其中C為葉片翼型弦長(zhǎng)，焊接一個(gè)寬d=3%C，高h(yuǎn)=2%C的方形凸起擋條(7)，用于阻礙近葉片壁面回射流的傳播，抑制片狀空化向云狀空化的轉(zhuǎn)變，所述方形凸起擋條(7)的邊角為圓角，所述圓角用于減輕水力沖擊損失。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種抑制葉片背面云狀空化的軸流泵，通過(guò)CFD軟件對(duì)軸流泵葉片設(shè)計(jì)時(shí)所依據(jù)翼型的空化流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值分析，可以得到造成軸流泵葉片背面發(fā)生云狀空化的回射流的作用位置和厚度，根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析，在軸流泵葉片背面距進(jìn)水邊75%C處焊接一個(gè)寬為3%C，高為2%C的擋條，以達(dá)到阻礙回射流的效果，這樣就能夠抑制軸流泵葉片背面上較為穩(wěn)定的片狀空化向云狀空化轉(zhuǎn)變，采用此種結(jié)構(gòu)后，軸流泵葉輪在空化工況下能夠穩(wěn)定運(yùn)行，且本實(shí)用新型簡(jiǎn)單易行，不需要改變?cè)腥~輪結(jié)構(gòu)。
【IPC分類(lèi)】F04D29-18, F04D29-66
【公開(kāi)號(hào)】CN204610363
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520248342
【發(fā)明人】張光建, 施衛(wèi)東, 張德勝, 耿琳琳
【申請(qǐng)人】江蘇大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2015年4月22日